Refratômetro pela técnica de óptica ondulatória

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver equipamentos capazes de coletar medidas refratométricas utilizando as técnicas de óptica ondulatória de interferometria e difração e identificar qual arranjo é mais eficaz para permitir a construção de um equipamento comercial para a medida de índices de refração de líquidos. O critério será analisar a precisão e exatidão que cada arranjo possa ser capaz de fornecer. A estratégia usada é a construção de cinco arranjos, sendo três interferométricos e dois difrativos. Entre os interferométricos, dois deles trabalharam em função do deslocamento de espelhos e o terceiro trabalha utilizando vibração nos espelhos. Os dois arranjos difrativos baseiam-se no principio da alteração do comprimento de onda da luz no espectro visível em meios líquidos e das consequências deste fenômeno na difração de luz por uma rede submersa nestes meios. Os arranjos difrativos se mostram mais fáceis de alinhar, fornecendo resultados satisfatórios. Os arranjos interferométricos têm como grande dificuldade o deslocamento dos espelhos, seja por deslocamento mecânico ou por deslocamento eletrônico. As aquisições de dados dos arranjos interferométricos também apresentaram dificuldades por conta de fontes de ruídos externos. Para os arranjos de melhor desempenho foram usadas concentrações diferentes de líquidos para poder traçar uma curva comparativa com os valores medidos em um interferômetro de Abbe. O arranjo difrativo foi o que se mostrou mais preciso chegando a 5 casas decimais.

This study aims to develop and study optical setups for liquids refractometry based on wave optics techniques like interferometry and diffraction. This work also aims to identify which optical arrangement is more suitable to allow the development of a commercial device for liquid refractive index measurement. The criterion will be based on the analysis of the accuracy and precision that each arrangement is able to provide. The strategy for this task is the construction of five arrangements, three of them are interferometric refractometers and the other two are based on diffraction gratings immersed in the test liquid. Among the interferometric setups two of them worked with phase-shifting mirrors, and the third one worked using vibrating mirrors. The two diffractive refractometers are based on the principle of wavelength change when light propagates through liquid media and explores this phenomenon to analise the diffraction of light by diffraction gratings immersed in the test liquid, in order to obtain its refractive index. The diffractive arrangements are easier to align and provides satisfactory results. The interferometric arrangements present the difficulty of mirror shifting, either by mechanical displacement or electronic displacement. Data acquisition of the interferometric arrangements presented some difficulties due to external noise. For the most effective arrangements the refractive indexes of aqueous solutions with different solute concentrations were measured and the results were compared with the ones obtained through an Abbe interferometer. The diffractive arrangement was the more accurate one reaching 5 decimal places.